CC BY
47
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 9 (125)
УДК 628.543:621.357 А.В. Колесников, А.С. Гончаренко Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД В ПРИСУТСТВИИ ПАВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ
The effect of surfactants cationic, anionic and nonionic types on the formation of the dispersed phase of zinc hydroxide studied. Shown different effects of surfactants on the particle size and surface charge (Dzetta potential, c. mV). Carried out kinetic studies of the extraction of zinc ions electroflotation possible to compare data on the properties of a particle and its electroflotation activity.
Изучено влияние поверхностно-активных веществ катионного, анионного и не-ионогенного типов на процесс формирования дисперсной фазы гидроксида цинка. Показано различное влияние ПАВ на размер частицы и её поверхностный заряд (дзетта потенциал, с. мВ). Проведённые кинетические исследования процесса электрофлотационного извлечения ионов цинка позволили сопоставить данные о свойствах частицы и её электрофлотационной активности.
Метод электрофлотации давно и успешно применяется для очистки водных стоков от примесей тяжелых металлов. Произведение растворимо-
17
сти для гидроксида цинка имеет значение ПР=1,2-10" , поэтому в водном растворе в широком диапазоне рН ионы цинка находятся в форме нерастворимого гидроксида.
Влияние ПАВ изучено при рН = 9.5 и концентрациях ПАВ равной 10, 50 и 100 мг/л. При рН = 9,5 образуются визуально крупные хлопья гидроксида цинка, которые хорошо флотируются. В работе использовались основные типы ПАВ широко используемые в промышленности на данный момент как в России, так и за рубежом.
На начальном этапе исследовалось влияние ПАВ на процесс формирования и свойства дисперсной фазы гидроксида цинка
В таблице 1 представлены экспериментальные данные по влиянию ПАВ на электрокинетический потенциал мВ) дисперсной фазы Zn (ОН)г.
Табл. 1. Влияние природы ПАВ на электрокинетический потенциал (с. мВ)
дисперсной фазы Zn (ОН)2.
Система 10мг/л 100мг/л
Zn(OH)2 -12
Zn(OH)2 + NaDBS -21 -25
Zn(OH)2 +Катамин АБ -1 -3
Zn(OH)2 +ПЭО-1500 -14 -18
Условия эксперимента: гп2+50мг/л, ПАВ 10 и 100 мг/л, Na2S041 г/л; рН 9,5
Как и ожидалось, неионогенный ПАВ практически не повлиял на электрокинетический потенциал системы. Катионный ПАВ смещает величину и знак заряда в положительную область по сравнению с чистой систе-
О Я & I VI в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 9 (125)
мой. Анионный, в отрицательную. Полученные данные могут свидетельствовать об адсорбции анионных и катионных ПАВ на поверхности дисперсной фазы.
Проведённые нами исследования распределения частиц по размерам позволили установить особенности влияния ПАВ на параметры частицы.
При содержании анионного ПАВ №БВ8 в количестве 10 мг/л размер частиц 2п(ОН)2 практически не метается по сравнению с чистой системой.
14,0 12,0 Относительная частота,% — 2п+ка1апш1
10,0
8,0 - 2и+ЭТа Ш 850 / _2п
6,0
4,0
2,0 0,0 у — 2п+ПЭ 050 Размер частиц, МКМ
Э 100 200 300 400 500
Рис. 1. Влияние ПАВ на размер частиц гидроксида цинка. Условия эксперимента: гп2+50мг/л, ПАВ 0-100 мг/л, ^ь8041 г/л; рН 9,5
Увеличение концентрации аПАВ до 100 мг/л способствует уменьшению размера дисперсной фазы гидроксида цинка до 80 - 100 мкм.
Табл. 2. Влияние природы ПАВ частицу дисперсной фазы гидроксида цинка.
Система Средний гидродинамический радиус, мкм
Хп 152
2п+ка1агшп 10 мг/л 85
2п+ка1атт 100 мг/л 152
гп+ШБВБ 10мг/л 153
гп+ШБВБ 100 мг/л 84
гп+ПЭО 10 мг/л 197
гп+ПЭО 100 мг/л 181
Условия эксперимента: гп2+50мг/л, ПАВ 0-100 мг/л, ^ь8041 г/л; рН 9,5
При концентрации кПАВ 10мг/л эффективный радиус частиц снижается практически в 2 раза. При содержании ПЭО-1500 уже 10 мг/л размер
9
О Л 0 X и В химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 9 (125)
частиц 2п(ОН)2 увеличивается.
В таблицу 2 сведены данные о среднем гидродинамическом радиусе частиц дисперсной фазы в присутствии катионных, анионных и неионоген-ныхПАВ.
Из анализа полученных данных следует:
• анионный ПАВ -уменьшает частицу, заряд более отрицательный.
• катионный ПАВ - уменьшает частицу, заряд более положительный, ближе к потенциалу нулевого заряда - должны флотироваться лучше всего.
• негюногенный - укрупняет частгщу, на заряд не влияет.
Финальным этапом исследования данных систем стало изучение влияния исследованных ранее ПАВ, на процесс электрофлотационного извлечения дисперсной фазы гидроксида цинка.
МаОВЭ
-♦—2мг/л -■— Юм г/л 50мг/л 100м г/л -ж—без ПАВ
10 15 20 25 время электрофпотации, мин
35
Рис.2. Влияние концентрации КаБВ8 на степень извлечения гидроксида цинка при электрофлотации. Условия эксперимента: гп2+50 мг/л, рН 9,5, ¡у 0,4 А/л, ^ь8041г/л.
Эксперимент показал, что процесс протекает быстро и эффективно, за 5 - 10 минут флотации степень очистки по ионам цинка достигает 94 - 96 %. Остаточная концентрация ионов цинка составляет 0,5 - 1,0 мг/л.
Аналогичное влияние на извлечение гидроксида цинка при электрофлотации оказывает и другой анионный ПАВ - алкилбензолсульфонат натрия (А-40). При рН 9,5 в присутствии А-40 в количестве 2, 10, 50 и 100 мг/л - степень извлечения достигает 98 %.
В ходе процесса очистки, ПАВ так же извлекается в пенный слой. Степень извлечения №ОВ8 и А-40, за 30 минут обработки составляет 17 и 65% соответственно.
X VI в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 9 (125)
Влияние неионогенных ПАВ на электрофлотационный процесс извлечения ионов цинка изучено на примере полиэтиленоксида ПЭО-1500. ПЭО-15СЮ проявляет хорошие моющие свойства и его часто включают в технические моющие средства (ТМС). Так же ПЭО-15СЮ имеет ярко выраженные гидрофильные свойства, что представляет интерес, по сравнению с «классическими» неионогенными ПАВ.
ПЭО-1500
♦ 2м г/л ■ 10мг/л А 50мг/л 100мг/л —Ж—без ПАВ
Рис. 3. Влияние концентрации ПЭО-1500 на степень извлечения гидроксида цинка при электрофлотации. Условия эксперимента: гп2+50 мг/л, рН 9,5, ¡у 0,4 А/л, ^ь8041г/л
ПЭО-15СЮ в количестве 2 мг/л подавляет процесс извлечения ионов цинка до 88 %. В интервале концентраций нПАВ 10 - 100 мг/л степень извлечения гидроксида цинка значительно снижается до 63 %, остаточная концентрация 17,0 - 18,5 мг/л.
Во всех случаях процесс протекает нестабильно, пенный слой во время флотации разрушается пузырьками газа, и часть дисперсной фазы может оседать на дно флотатора.
Эффективность извлечения примесей неионогенных ПАВ в количестве 50 мг/л из исследуемых растворов при значении рН = 9,5 не превышает 20%.
В ходе работы был исследован ряд ПАВ катионного типа, и установлено что наличие катионных поверхностно-активных веществ в растворе ускоряет процесс извлечения гидроксида цинка. С увеличением концентрации кПАВ происходит интенсификация процесса. В течение первых пяти минут флотации степень очистки увеличилась на 25 % по сравнению с чистой системой и достигает 94 - 95 %. Остаточная концентрация ионов цинка составляет 0,6 - 0,8 мг/л.
Проведённые лабораторные исследования показывают, что электрофлотационную технологию можно весьма эффективно применять для очистки промышленных стоков от соединений цинка в присутствии ПАВ различной природы.
